摘要：本研究旨在探討融合成果導(dǎo)向教育（OBE）理念與案例教學(xué)法在“智能制造系統(tǒng)”課程改革中的應(yīng)用與效果，分析了基于OBE理念的課程設(shè)計(jì)原則和案例教學(xué)法在提升學(xué)生學(xué)習(xí)成效、理解能力及實(shí)踐技能方面的作用。研究發(fā)現(xiàn)該融合模式促進(jìn)了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了課程內(nèi)容的吸收與應(yīng)用能力，同時(shí)提高了教學(xué)的互動(dòng)性和實(shí)踐性。本研究為“新工科”背景下智能制造專業(yè)核心課程的教學(xué)改革提供了有益的實(shí)踐指導(dǎo)和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：智能制造系統(tǒng)；成果導(dǎo)向教育（OBE）理念；案例教學(xué)法；課程改革

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，智能制造已成為全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵。在此背景下，工程技術(shù)人才的培養(yǎng)也必須與時(shí)俱進(jìn)，不僅要掌握先進(jìn)的技術(shù)理論，更要具備實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新解決問題的能力。因此，教育模式和教學(xué)方法的改革顯得尤為重要，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足新時(shí)代工程技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。“智能制造系統(tǒng)”作為工程技術(shù)教育中的一門重要課程，其教學(xué)改革顯得尤為迫切［1］。

以成果導(dǎo)向Outcome-Based Education（OBE）的教育理念［2］強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心，關(guān)注學(xué)生的知識、技能與態(tài)度的全面發(fā)展。OBE旨在通過明確的學(xué)習(xí)成果目標(biāo)引導(dǎo)教學(xué)活動(dòng)，確保每一位學(xué)生都能達(dá)到既定的學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教學(xué)活動(dòng)往往過于注重知識的傳授和理論的講解，而忽視了學(xué)習(xí)成果的具體表現(xiàn)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致學(xué)生雖然掌握了大量理論知識，但在實(shí)際應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維和解決問題的能力方面卻往往表現(xiàn)不佳。這種現(xiàn)象在國內(nèi)高等教育體系中尤為普遍，使得教育成果與社會(huì)需求之間存在較大差距。OBE理念的引入正是為了解決這一問題，通過轉(zhuǎn)變教育焦點(diǎn)，從教學(xué)過程的投入轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)產(chǎn)出的結(jié)果，確保教育活動(dòng)能夠以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力為核心。

案例教學(xué)法側(cè)重于通過具體案例的分析訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力［3］，在案例分析過程中，學(xué)生被鼓勵(lì)提出問題、討論不同的解決方案，并對可能的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和評估。這種教學(xué)模式不僅增強(qiáng)了學(xué)生的參與感和積極性，而且還培養(yǎng)了他們的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。更重要的是，它促使學(xué)生從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)，理解在實(shí)際工作中面對失敗和挑戰(zhàn)是成長和進(jìn)步不可或缺的一部分。此外，案例教學(xué)法還能夠幫助學(xué)生建立起跨學(xué)科的知識體系，因?yàn)榻鉀Q復(fù)雜問題往往需要綜合運(yùn)用多門學(xué)科的知識和方法。這種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式可以增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力，使他們能夠更好地面對未來職業(yè)生涯中的各種挑戰(zhàn)。

因此，本研究旨在探討如何將OBE理念與案例教學(xué)法有效融合，以實(shí)現(xiàn)“智能制造系統(tǒng)”課程的改革與優(yōu)化。基于OBE教育理念與案例教學(xué)法模式，結(jié)合揚(yáng)州大學(xué)智能制造工程專業(yè)“智能制造系統(tǒng)”課程特點(diǎn)與傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題分析了將這兩種方法融合應(yīng)用的必要性，建立了一套具體的課程改革方案，以期為該課程提供新的教學(xué)模式，也為其他工程技術(shù)課程的改革提供借鑒和參考。

1 課程教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)

1.1 教學(xué)內(nèi)容

目前，我?！爸悄苤圃煜到y(tǒng)”課程是智能制造工程專業(yè)必修課，共計(jì)32學(xué)時(shí)，內(nèi)容涵蓋信息物理系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)的架構(gòu)與模型、新技術(shù)，以及離散型智能制造等方面，旨在幫助學(xué)生掌握清晰的基礎(chǔ)概念、必備知識及分析和實(shí)驗(yàn)技能。通過結(jié)合機(jī)械工程的實(shí)際需求，課程不僅引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)智能制造的基礎(chǔ)理論，還培養(yǎng)他們分析和解決復(fù)雜問題的能力。本課程目的在于分析解決智能制造工程領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力，成為能從事智能制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試分析和科學(xué)研究等方面工作的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。

1.2 課程目標(biāo)

本課程作為機(jī)械智能制造專業(yè)的核心，致力于全面掌握智能制造系統(tǒng)的知識和架構(gòu)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的智能制造素養(yǎng)和解決設(shè)計(jì)問題的能力。學(xué)生將通過本課程學(xué)習(xí)如何應(yīng)用機(jī)械工程和智能技術(shù)解決復(fù)雜的智能制造問題，識別多種解決方案，構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)，并安全進(jìn)行智能制造系統(tǒng)的分析、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，以及數(shù)據(jù)采集和優(yōu)化。課程還將結(jié)合行業(yè)領(lǐng)先的智能制造系統(tǒng)案例，鼓勵(lì)學(xué)生在智能化制造過程中創(chuàng)新并提升制造業(yè)效能。圍繞國家的“制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略”，本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、正確的價(jià)值觀，并鼓勵(lì)他們擔(dān)負(fù)起時(shí)代賦予的責(zé)任，全面提升思想政治素質(zhì)。所設(shè)置的課程目標(biāo)有如下5點(diǎn)：

（1）課程目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、職業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)性、工匠精神，以及科學(xué)和愛國情懷；

（2）課程目標(biāo)2：應(yīng)用智能制造術(shù)語和知識，識別和選擇智能制造單元，提出升級措施；

（3）課程目標(biāo)3：應(yīng)用智能制造原理和新技術(shù)，識別、分析智能制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)，建立架構(gòu)模型；

（4）課程目標(biāo)4：針對復(fù)雜工程問題設(shè)計(jì)特定需求的智能制造系統(tǒng)、部件和流程；

（5）課程目標(biāo)5：運(yùn)用管理原理和經(jīng)濟(jì)方法科學(xué)評判和優(yōu)化智能制造系統(tǒng)，選擇最佳方案。

2 教學(xué)實(shí)際中存在的問題

當(dāng)前“智能制造系統(tǒng)”的先修課程為“計(jì)算方法”“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“工程測試技術(shù)”“數(shù)控技術(shù)”“微機(jī)原理”以及“嵌入式技術(shù)”等，只有充分掌握上述專業(yè)知識，才有望深入理解該課程中的復(fù)雜概念和技術(shù)。教學(xué)實(shí)際中，學(xué)生可能在先修課程中學(xué)到了相關(guān)概念和技術(shù)，但未能有效地將這些知識應(yīng)用到智能制造的具體場景中。同時(shí)，“智能制造系統(tǒng)”是一門高度實(shí)踐性的課程，需要學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際的智能制造項(xiàng)目中。然而，受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、項(xiàng)目資源或課程設(shè)計(jì)的局限，學(xué)生可能發(fā)現(xiàn)將課堂所學(xué)理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐操作較為困難。本節(jié)總結(jié)并深入分析了兩個(gè)主要問題。

2.1 填鴨式教學(xué)導(dǎo)致課程目標(biāo)難以真正達(dá)成

填鴨式教學(xué)由于其高效的信息傳遞特性而得到廣泛應(yīng)用。然而，這種教師為中心的教學(xué)方法在促進(jìn)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和發(fā)展批判性思維方面存在明顯不足。“智能制造系統(tǒng)”針對具有專業(yè)素養(yǎng)的本科高年級學(xué)生開設(shè)，是一門綜合性核心課程，它要求學(xué)生不僅擁有專業(yè)基礎(chǔ)知識，還需具備創(chuàng)新意識和問題解決能力?，F(xiàn)行教學(xué)模式往往專注于事實(shí)和概念的解釋，導(dǎo)致學(xué)生雖能掌握知識，但難以將其應(yīng)用于新環(huán)境。鑒于課程設(shè)定的五個(gè)目標(biāo)，難以充分滿足成果導(dǎo)向教育（OBE）的要求。

2.2 傳統(tǒng)課堂講授不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

教學(xué)實(shí)踐表明，“智能制造系統(tǒng)”課程中傳統(tǒng)的課堂講授模式在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力上有顯著局限。本課程的一個(gè)核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于解決實(shí)際智能制造問題的能力，強(qiáng)調(diào)了理論知識的理解及其在實(shí)踐中的應(yīng)用。但傳統(tǒng)課堂講授主要側(cè)重理論知識傳遞，缺少教師與學(xué)生間的互動(dòng)和反饋，限制了學(xué)生在實(shí)際操作和問題解決能力方面的培養(yǎng)。此外，傳統(tǒng)教學(xué)難以為學(xué)生提供充分的實(shí)踐機(jī)會(huì)以面對真實(shí)工程挑戰(zhàn)，造成了理論與實(shí)踐的脫節(jié)。例如，設(shè)計(jì)和優(yōu)化智能制造系統(tǒng)涉及復(fù)雜決策，要求學(xué)生理解并應(yīng)用技術(shù)原理以評估不同設(shè)計(jì)方案。缺乏實(shí)際應(yīng)用和反饋使得學(xué)生難以把課堂理論轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的能力。

3 融合OBE理念與案例教學(xué)法的課程改革

針對“智能制造系統(tǒng)”課程特點(diǎn)以及實(shí)際教學(xué)中存在的問題，本文提出了融合OBE理念與案例教學(xué)法的課程改革模式，旨在通過明確的學(xué)習(xí)成果和實(shí)際案例的應(yīng)用，提升教學(xué)效果和學(xué)生的實(shí)際能力。OBE強(qiáng)調(diào)以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為中心，重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的實(shí)際獲得，而案例教學(xué)法通過具體案例讓學(xué)生在解決實(shí)際問題中學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識。下圖1清晰明了地展示了這一課程改革的基本步驟和關(guān)鍵要點(diǎn)。

首先，基于OBE理念明確智能制造工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，確定課程旨在培養(yǎng)的具體能力和知識，確保學(xué)習(xí)成果具體、可衡量且與學(xué)生未來職業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。其次，通過精選與學(xué)習(xí)成果緊密相關(guān)的實(shí)際案例，并確保案例的多樣性，覆蓋不同情境、問題和行業(yè)，以滿足不同學(xué)生的興趣和職業(yè)方向。在教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)，采用案例討論方法，引導(dǎo)學(xué)生圍繞特定主題進(jìn)行分析、問題識別和解決方案提出。隨后，在成果評估與課程考核中，采用反映學(xué)生知識理解和應(yīng)用能力的評估方式，如項(xiàng)目作業(yè)和案例分析報(bào)告，超越傳統(tǒng)筆試和口試。最后，以持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)，定期收集并根據(jù)學(xué)生和教師的反饋進(jìn)行調(diào)整，更新案例庫和優(yōu)化教學(xué)策略，確保課程內(nèi)容和教學(xué)方式持續(xù)適應(yīng)學(xué)生需求和行業(yè)發(fā)展。通過將OBE理念與案例教學(xué)法相結(jié)合，課程改革不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，還能夠更有效地培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生的未來職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。下文將繼續(xù)闡釋案例式教學(xué)的具體內(nèi)容與相應(yīng)評價(jià)考核機(jī)制。

3.1 工程案例指導(dǎo)下的課堂教學(xué)

根據(jù)OBE先進(jìn)教育理念，設(shè)定了滿足畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的“智能制造系統(tǒng)”課程目標(biāo)，并引入5個(gè)工程案例輔助課程講授，具體如下表所示。這些工程案例不僅覆蓋了智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和流程，還模擬了工程實(shí)踐中可能遇到的挑戰(zhàn)，使學(xué)生能夠在解決具體問題的過程中深化對智能制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化及管理的理解。

具體案例內(nèi)容如下所示：

（1）智能算法建模實(shí)例：抽象智能制造場景中常見的優(yōu)化算法，依托MATLAB或Python語言將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓤?zhí)行代碼進(jìn)行求解。同時(shí)以最常見的旅行商優(yōu)化求解案例導(dǎo)入，拓展學(xué)生對凸優(yōu)化、目標(biāo)尋優(yōu)等概念的理解，最終加深對智能制造賦能技術(shù)中普遍存在的智能算法及應(yīng)用的認(rèn)識。

（2）視覺缺陷檢測實(shí)例：通過目前成熟的工業(yè)視覺檢測案例引入第三章智能化產(chǎn)品的介紹，基于視覺缺陷檢測示教平臺(tái)，讓學(xué)生充分理解目前智能化缺陷檢測設(shè)備的組成及各部分功能等。同時(shí)該檢測實(shí)例有效聯(lián)動(dòng)了虛擬識別檢測算法與真實(shí)工業(yè)CCD相機(jī)，進(jìn)一步加深了同學(xué)們對“智能制造系統(tǒng)”課程綜合性的認(rèn)識。

（3）銑削加工工藝仿真實(shí)例：基于VERICUT數(shù)控編程、機(jī)床仿真和優(yōu)化軟件進(jìn)行五軸銑削加工仿真案例的學(xué)習(xí)，讓同學(xué)們深入理解智能設(shè)計(jì)、制造中蘊(yùn)藏的數(shù)字化內(nèi)涵。該仿真實(shí)例主要包含CAD模型導(dǎo)入與設(shè)置、編程和路徑規(guī)劃、仿真和驗(yàn)證、結(jié)果分析和調(diào)整以及實(shí)際加工等環(huán)節(jié)。通過學(xué)習(xí)同學(xué)們可以在加工前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，通過優(yōu)化數(shù)控程序和刀具路徑，提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，避免了成本浪費(fèi)。

（4）倉儲(chǔ)自動(dòng)化送料實(shí)例：通過綜合應(yīng)用智能制造系統(tǒng)專業(yè)知識，采用博圖軟件、PLCSIM_Advanced軟件以及Process Simulate軟件實(shí)現(xiàn)立體倉庫系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)、信號連接通信、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)、控制邏輯塊設(shè)計(jì)、倉庫物料統(tǒng)計(jì)、單次出入庫過程仿真等。深入淺出地帶領(lǐng)同學(xué)們理解智能生產(chǎn)中涉及的軟硬件交互、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)等核心內(nèi)容。

（5）軸承故障診斷實(shí)例：以經(jīng)典的機(jī)械裝備預(yù)測性維護(hù)案例之軸承故障診斷為例，幫助同學(xué)們理解智能制造中涉及智能服務(wù)的具體應(yīng)用。其中本案例由傳感器信號采集、信號處理與智能診斷算法搭建組成，有效地將測試與傳感、動(dòng)態(tài)信號分析與處理以及程序設(shè)計(jì)等課程有效綜合，并依托常見的旋轉(zhuǎn)機(jī)械——軸承為研究、學(xué)習(xí)對象，讓學(xué)生理解并參與智能預(yù)測性維護(hù)服務(wù)中去。

3.2 OBE理念下“智能制造系統(tǒng)”課程考核與評價(jià)方式的改革

根據(jù)圖1建立的融合OBE理念與案例教學(xué)法的課程改革思路圖，“智能制造系統(tǒng)”課程考核與評價(jià)將緊密圍繞設(shè)定的五個(gè)課程目標(biāo)開展，同步考核平時(shí)作業(yè)（權(quán)重15%）、實(shí)驗(yàn)成績（權(quán)重15%）、期中成績（權(quán)重20%）和期末成績（權(quán)重50%）四個(gè)部分。以課程目標(biāo)4為例，該目標(biāo)內(nèi)涵是針對復(fù)雜工程問題，要求學(xué)生具備設(shè)計(jì)特定需求的智能制造系統(tǒng)、部件和流程的能力。傳統(tǒng)講授式教學(xué)方式難以真正帶領(lǐng)學(xué)生掌握智能制造系統(tǒng)、部件和流程設(shè)計(jì)的能力，因此基于案例教學(xué)法思想設(shè)立了倉儲(chǔ)自動(dòng)化送料實(shí)例，該實(shí)例考核要求同學(xué)5～8人一組在仿真環(huán)境下完成實(shí)例程序并撰寫PLC程序設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建、調(diào)試以及仿真結(jié)果報(bào)告。

結(jié)語

“智能制造系統(tǒng)”課程改革通過整合成果導(dǎo)向教育（OBE）理念和案例教學(xué)法，展現(xiàn)了一條創(chuàng)新的教學(xué)模式改革途徑。OBE理念專注于學(xué)習(xí)成效，強(qiáng)調(diào)教育的核心目的在于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐技能與職業(yè)素養(yǎng)。案例教學(xué)法是一種強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的教學(xué)方式，它有效結(jié)合理論與實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生的批判性思維與解決問題的能力。將這兩種方法有效結(jié)合，不僅能提升“智能制造系統(tǒng)”的教學(xué)質(zhì)量，還能幫助學(xué)生深入理解并掌握智能制造的復(fù)雜理念和技術(shù)。此改革不僅響應(yīng)了工程教育中提高學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的需求，也為其他機(jī)械類課程改革提供了參考模式。

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通訊作者：丁鵬（1993—），男，江蘇揚(yáng)州人，工學(xué)博士，講師，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：智能制造系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)智能運(yùn)維理論及方法。